电力电子学 电力电子变换和控制技术 第2版PDF电子书下载

第1章 电力电子变换和控制技术导论 1

1.1 电力电子学科的形成 1

1.2　电力电子变换和控制的技术经济意义 3

1.3　开关型电力电子变换的基本原理及控制方法 5

1.4　开关型电力电子变换器基本特性 16

1.5　开关型电力电子变换器的应用领域 17

小结 19

复习题及思考题 20

第2章　半导体电力开关器件 21

2.1 电力二极管 21

2.1.1　半导体PN结 21

2.1.2　二极管基本特性 23

2.1.3　电力二极管 25

2.1.4　电力二极管的主要应用 28

2.2　双极结型电力晶体管BJT 28

2.2.1 晶体管基极电流对集电极电流的控制作用 28

2.2.2　静态特性 30

2.2.3　电力晶体管使用参数和特性 32

2.3　晶闸管及其派生器件 34

2.3.1　逆阻型晶闸管SCR 34

2.3.2　逆导型晶闸管RCT 39

2.3.3　光控晶闸管LCT 40

2.3.4　双向晶闸管TRIAC 40

2.4　门极可关断晶闸管GTO 41

2.5　电力场效晶体管P-MOSFET 42

2.6　绝缘门极双极型晶体管IGBT 45

2.6.1　工作原理 45

2.6.2　静态特性 46

2.6.3　擎住效应 46

2.7　MOS控制晶闸管MCT和集成门极换流晶闸管IGCT 47

2.8　静电感应晶体管SIT和静电感应晶闸管SITH 48

2.9　半导体电力开关模块和功率集成电路PIC 49

小结 51

复习题及思考题 53

第3章　直流／直流变换器 55

3.1　直流／直流降压变换器（Buck DC/DC变换器） 55

3.1.1　电路结构和降压原理 55

3.1.2　电感电流连续时工作特性 57

3.1.3 电感电流断流时工作特性 60

3.2　直流／直流升压变换器（Boost DC/DC变换器） 65

3.2.1　电路结构和升压原理 65

3.2.2　电感电流连续时工作特性 65

3.2.3　电感电流断流时工作特性 67

3.3　直流升压-降压变换器（Boost-Buck变换器或Cuk变换器） 71

3.3.1 电路结构和工作原理 71

3.3.2　电流断流时工作特性 73

3.3.3　两电感有耦合的Cuk变换器 74

3.4　两象限、四象限直流／直流变换器 77

3.4.1 两象限直流／直流变换器 77

3.4.2　四象限直流／直流变换器 78

3.5　多相、多重直流／直流变换器 80

3.6　带隔离变压器的直流／直流变换器 81

3.6.1　隔离型Buck变换器——单端正励变换器（Forward Converter） 82

3.6.2　隔离型Buck-Boost变换器——单端反励变换器（Flyback Converter） 83

3.6.3　隔离型Cuk变换器 88

小结 89

复习题及思考题 90

第4章　直流／交流变换器（逆变器） 91

4.1　逆变器的类型和性能指标 91

4.1.1　逆变器的类型 91

4.1.2　逆变器输出波形性能指标 92

4.1.3　其他指标 93

4.2 电压型单相方波逆变电路工作原理 93

4.2.1 电压型单相全桥逆变电路 93

4.2.2　电压型单相半桥逆变电路 95

4.2.3　变压器中心抽头推挽式（Push-Pull）单相逆变电路 96

4.3 电压型单相逆变器电压和波形控制 96

4.3.1　单脉波脉冲宽度调制PWM逆变器 97

4.3.2　正弦脉冲宽度调制SPWM基本原理 98

4.3.3　单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器 101

4.3.4　双极性正弦脉冲宽度调制BSPWM逆变器 106

4.3.5　改进型正弦脉冲宽度调制MSPWM 108

4.3.6　基波移相控制 109

4.4　三相逆变电路工作原理 109

4.4.1　电压型三相逆变工作原理 109

4.4.2　电流型三相逆变工作原理 113

4.5　三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制 114

4.6　三相逆变器电压空间矢量PWM控制 118

4.7　多电平逆变电路 125

4.8　大容量逆变器的复合结构 130

4.8.1　12阶梯波逆变器 131

4.8.2　24阶梯波逆变器 133

小结 135

复习题及思考题 136

第5章　交流／直流变换器（整流器） 138

5.1　整流器的类型和性能指标 138

5.2　不控整流电路 140

5.2.1　单相半波不控整流 140

5.2.2　两相半波不控整流（或双半波不控整流） 141

5.2.3　单相桥式不控整流 141

5.2.4　三相半波不控整流 142

5.2.5　三相桥式不控整流 142

5.2.6　电容滤波的不控整流电路 143

5.3　单相桥式晶闸管相控整流电路 148

5.3.1　单相桥式全控整流电路 148

5.3.2　单相桥式半控整流电路 160

5.4　三相半波相控整流电路 161

5.5　三相桥式相控整流电路 162

5.5.1　三相桥式全控整流电路 162

5.5.2　三相桥式半控整流电路 169

5.6　交流电路中电感对整流特性的影响 169

5.7　相控整流电压的谐波分析 173

5.7.1　m脉波相控整流电压通用公式 174

5.7.2　m脉波不控整流电压通用公式 176

5.7.3　单相和三相桥式相控整流输出电压谐波特性 177

5.8　带平衡电抗器的双三相桥12脉波整流电路 178

5.9　相控有源逆变电路工作原理 182

5.9.1　有源逆变原理 182

5.9.2　有源逆变安全工作条件 184

5.9.3　三相全桥相控整流和有源逆变的控制特性 185

5.9.4　晶闸管相控有源逆变的应用 187

5.10　相控整流及有源逆变晶闸管触发控制 188

5.11　含有源功率因数校正环节（PFC）的单相高频整流 190

5.11.1　谐波电流的危害及改善措施 190

5.11.2　含升压（Boost）型功率因数校正器的高频整流 192

5.11.3　带反励式功率因数校正器的高频整流 193

5.12　三相高频PWM整流 194

5.12.1　能量可回馈的高频PWM整流电路 194

5.12.2　交流／直流双向PWM变换器工作原理 195

5.12.3　三相电压型高频PWM整流控制系统 198

小结 199

复习题及思考题 200

第6章　交流／交流变换器 201

6.1 晶闸管交流电压控制器的类型 201

6.2　单相交流电压控制器 202

6.2.1 电阻负载 202

6.2.2　电阻、电感性负载 206

6.2.3　PWM交流电压控制器 208

6.3　三相全波交流电压控制器 209

6.3.1　三相星形联结交流电压控制器 209

6.3.2　三相开口三角形交流电压控制器 212

6.4　变压器抽头电压控制器 213

6.5　晶闸管相控交流／交流直接变频器 214

6.5.1　基本工作原理 214

6.5.2　实用电路结构 218

6.5.3　交流／交流相控直接变频的优缺点 218

6.6　矩阵式交流／交流变频器 220

小结 221

复习题及思考题 222

第7章　辅助元器件和系统 223

7.1　触发、驱动器 223

7.1.1　晶闸管SCR的触发驱动器 223

7.1.2　GTO的触发驱动器 224

7.1.3　BJT的驱动器 225

7.1.4　P-MOSFET、IGBT的驱动器 226

7.2　过电流保护和过电压保护 227

7.2.1　过电流保护 227

7.2.2　过电压保护 228

7.2.3　开关器件串联、并联应用时的均压、均流保护 229

7.3　开关器件的开通、关断过程与安全工作区 230

7.3.1　线路电感Lσ=0时开关器件的开通、关断过程 231

7.3.2　线路电感Lσ≠0时开关器件的开通、关断过程 233

7.3.3　安全工作区 234

7.4　缓冲器 235

7.4.1　全控型开关管LCRD型复合缓冲器 235

7.4.2　电力二极管、晶闸管的RC缓冲电路 241

7.4.3　P-MOSFET、IGBT的限幅钳位缓冲器 241

7.5 电感（电抗器）、方波变压器和脉冲变压器 246

7.5.1　电感（电抗器） 246

7.5.2　方波变压器和脉冲变压器 249

7.6　滤波器 251

7.6.1　滤波器基本功能和类型 251

7.6.2　LC滤波器特性分析 252

7.6.3　谐振型滤波器 256

7.7　散热系统 257

7.8　控制系统和辅助电源 258

小结 260

复习题及思考题 260

第8章　谐振开关型变换器 261

8.1　硬开关、LC缓冲软开关和LC谐振零开关基本特性 261

8.2　谐振开关型变换器的类型 263

8.3　谐振开关型零电压开通（ZVS）变换器 265

8.3.1　零电压开通脉冲宽度调制（ZVS PWM）变换器工作原理 265

8.3.2　零电压开通脉冲频率调制（ZVS PFM）变换器工作原理 267

8.4　谐振开关型零电流关断（ZCS）变换器 268

8.4.1　零电流关断脉冲宽度调制（ZCS PWM）变换器工作原理 269

8.4.2　零电流关断脉冲频率调制（ZCS PFM）变换器工作原理 272

8.5　直流环节并联谐振型逆变器PRDCLI 273

8.5.1　工作原理 274

8.5.2　参数计算 278

8.5.3　直流环节并联谐振型逆变器PRDCLI的控制策略 280

小结 280

复习题及思考题 281

第9章 多级开关电路组合型交流、直流电源 282

9.1　AC/DC-DC/AC变压、变频（VVVF）电源 282

9.2　AC/DC-DC/AC恒压、恒频（CVCF）不间断电源UPS 284

9.2.1　典型在线双变换式UPS 285

9.2.2　典型后备式UPS 286

9.2.3　在线互动式UPS 286

9.3　晶闸管相控整流-有源逆变的直流输电系统 287

9.4　具有中间交流环节（直流／交流／直流变换）的直流电源 288

9.4.1　半桥型DC/AC-AC/DC直流电源 289

9.4.2　全桥型DC/AC-AC/DC直流电源 291

9.5　移相全桥零电压开关DC/AC-AC/DC变换器 291

9.5.1　电路特点 291

9.5.2　一个周期的开关过程 292

9.5.3　开关器件零电压开通条件 296

9.5.4　变压器二次绕组及二极管导电情况 297

9.6　交流电源、直流负载时电力电子变换系统方案比较 297

小结 299

复习题及思考题 299

第10章 电力电子开关型电力补偿、控制器 300

10.1 晶闸管开关型并联电抗补偿器 300

10.1.1　晶闸管投、切并联电容器TSC 300

10.1.2　晶闸管相控并联电抗器TCR 302

10.2　晶闸管开关型串联电抗补偿器 304

10.2.1　晶闸管控制的串联电容补偿器TCSC 304

10.2.2　可关断晶闸管GTO控制的串联电容补偿器GCSC 305

10.3　PWM开关型并联无功功率发生器STATCOM 306

10.4　谐波电流补偿器HCC（或并联型电力有源滤波器PAPF） 308

10.5　谐波电压补偿器HVC（或串联型电力有源滤波器SAPF） 309

10.6　PWM开关型串联同步电压补偿器SSSC 310

10.7　统一潮流控制器UPFC 311

10.8　超导磁体储能系统SMES 313

小结 315

复习题及思考题 316

附录A　傅里叶级数 317

附录B 常系数线性二阶微分方程的通解 323

参考文献 325